功率MOS場效應(yīng)晶體管，即MOSFET，其原意是：MOS（MetalOxideSemiconductor金屬氧化物半導(dǎo)體），F(xiàn)ET（FieldEffectTransistor場效應(yīng)晶體管），即以金屬層（M）的柵極隔著氧化層（O）利用電場的效應(yīng)來控制半導(dǎo)體（S）的場效應(yīng)晶體管。

1、功率MOSFET的正向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

等效電路

說明：

功率MOSFET正向?qū)〞r可用一電阻等效，該電阻與溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅(qū)動電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。

2、功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

等效電路（門極不加控制）

說明：

即內(nèi)部二極管的等效電路，可用一電壓降等效，此二極管為MOSFET的體二極管，多數(shù)情況下，因其特性很差，要避免使用。

3、功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

等效電路（門極不加控制）

說明：

即內(nèi)部二極管的等效電路，可用一電壓降等效，此二極管為MOSFET的體二極管，多數(shù)情況下，因其特性很差，要避免使用。

4、功率MOSFET的反向?qū)ǖ刃щ娐?/p>

等效電路（門極加控制）

說明：

功率MOSFET在門級控制下的反向?qū)ǎ部捎靡浑娮璧刃В撾娮枧c溫度有關(guān)，溫度升高，該電阻變大；它還與門極驅(qū)動電壓的大小有關(guān)，驅(qū)動電壓升高，該電阻變小。詳細的關(guān)系曲線可從制造商的手冊中獲得。此工作狀態(tài)稱為MOSFET的同步整流工作，是低壓大電流輸出開關(guān)電源中非常重要的一種工作狀態(tài)。

5、功率MOSFET的正向截止等效電路

等效電路

說明：

功率MOSFET正向截止時可用一電容等效，其容量與所加的正向電壓、環(huán)境溫度等有關(guān)，大小可從制造商的手冊中獲得。

6、功率MOSFET的穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)

(1)：功率MOSFET穩(wěn)態(tài)時的電流/電壓曲線

(2)：說明：

功率MOSFET正向飽和導(dǎo)通時的穩(wěn)態(tài)工作點：

當門極不加控制時，其反向?qū)ǖ姆€(wěn)態(tài)工作點同二極管。

(3)：穩(wěn)態(tài)特性總結(jié)：

--門極與源極間的電壓Vgs控制器件的導(dǎo)通狀態(tài)當VgsVth時，器件處于導(dǎo)通狀態(tài)器件的通態(tài)電阻與Vgs有關(guān)，Vgs大，通態(tài)電阻小多數(shù)器件的Vgs為12V-15V，額定值為+-30V

--器件的漏極電流額定是用它的有效值或平均值來標稱的只要實際的漏極電流有效值沒有超過其額定值，保證散熱沒問題，則器件就是安全的

--器件的通態(tài)電阻呈正溫度系數(shù)，故原理上很容易并聯(lián)擴容，但實際并聯(lián)時，還要考慮驅(qū)動的對稱性和動態(tài)均流問題

--目前的Logic-Level的功率MOSFET，其Vgs只要5V，便可保證漏源通態(tài)電阻很小

--器件的同步整流工作狀態(tài)已變得愈來愈廣泛，原因是它的通態(tài)電阻非常小(目前最小的為2-4毫歐)，在低壓大電流輸出的DC/DC中已是最關(guān)鍵的器件

7、包含寄生參數(shù)的功率MOSFET等效電路

等效電路

說明：

實際的功率MOSFET可用三個結(jié)電容，三個溝道電阻，和一個內(nèi)部二極管及一個理想MOSFET來等效。三個結(jié)電容均與結(jié)電壓的大小有關(guān)，而門極的溝道電阻一般很小，漏極和源極的兩個溝道電阻之和即為MOSFET飽和時的通態(tài)電阻。

8、功率MOSFET的開通和關(guān)斷過程原理

(1)：開通和關(guān)斷過程實驗電路

(2)：MOSFET的電壓和電流波形：

(3)：開關(guān)過程原理：

開通過程[t0~t4]：

--在t0前，MOSFET工作于截止狀態(tài)，t0時，MOSFET被驅(qū)動開通

--[t0-t1]區(qū)間，MOSFET的GS電壓經(jīng)Vgg對Cgs充電而上升，在t1時刻，到達維持電壓Vth，MOSFET開始導(dǎo)電

--[t1-t2]區(qū)間，MOSFET的DS電流增加，Millier電容在該區(qū)間內(nèi)因DS電容的放電而放電，對GS電容的充電影響不大

--[t2-t3]區(qū)間，至t2時刻，MOSFET的DS電壓降至與Vgs相同的電壓，Millier電容大大增加，外部驅(qū)動電壓對Millier電容進行充電，GS電容的電壓不變，Millier電容上電壓增加，而DS電容上的電壓繼續(xù)減小

--[t3-t4]區(qū)間，至t3時刻，MOSFET的DS電壓降至飽和導(dǎo)通時的電壓，Millier電容變小并和GS電容一起由外部驅(qū)動電壓充電，GS電容的電壓上升，至t4時刻為止。此時GS電容電壓已達穩(wěn)態(tài)，DS電壓也達最小，即穩(wěn)定的通態(tài)壓降。

關(guān)斷過程[t5~t9]：

--在t5前，MOSFET工作于導(dǎo)通狀態(tài)，t5時，MOSFET被驅(qū)動關(guān)斷

--[t5-t6]區(qū)間，MOSFET的Cgs電壓經(jīng)驅(qū)動電路電阻放電而下降，在t6時刻，MOSFET的通態(tài)電阻微微上升，DS電壓梢稍增加，但DS電流不變

--[t6-t7]區(qū)間，在t6時刻，MOSFET的Millier電容又變得很大，故GS電容的電壓不變，放電電流流過Millier電容，使DS電壓繼續(xù)增加

--[t7-t8]區(qū)間，至t7時刻，MOSFET的DS電壓升至與Vgs相同的電壓，Millier電容迅速減小，GS電容開始繼續(xù)放電，此時DS電容上的電壓迅速上升，DS電流則迅速下降

--[t8-t9]區(qū)間，至t8時刻，GS電容已放電至Vth，MOSFET完全關(guān)斷該區(qū)間內(nèi)GS電容繼續(xù)放電直至零。

9、因二極管反向恢復(fù)引起的MOSFET開關(guān)波形

（1）：實驗電路

（2）：因二極管反向恢復(fù)引起的MOSFET開關(guān)波形：

10、功率MOSFET的功率損耗公式

（1）：導(dǎo)通損耗：

該公式對控制整流和同步整流均適用

該公式在體二極管導(dǎo)通時適用

（2）：容性開通和感性關(guān)斷損耗：

為MOSFET器件與二極管回路中的所有分布電感只和。一般也可將這個損耗看成器件的感性關(guān)斷損耗。

（3）：開關(guān)損耗：

開通損耗：

考慮二極管反向恢復(fù)后：

關(guān)斷損耗：

驅(qū)動損耗：

11、功率MOSFET的選擇原則與步驟

（1）：選擇原則

（A）：根據(jù)電源規(guī)格，合理選擇MOSFET器件（見下表）：

（B）：選擇時，如工作電流較大，則在相同的器件額定參數(shù)下，

--應(yīng)盡可能選擇正向?qū)娮栊〉腗OSFET；

--應(yīng)盡可能選擇結(jié)電容小的MOSFET。

（2）：選擇步驟

（A）：根據(jù)電源規(guī)格，計算所選變換器中MOSFET的穩(wěn)態(tài)參數(shù)：

--正向阻斷電壓最大值；

--最大的正向電流有效值；

（B）：從器件商的DATASHEET中選擇合適的MOSFET，可多選一些以便實驗時比較；

（C）：從所選的MOSFET的其它參數(shù)，如正向通態(tài)電阻，結(jié)電容等等，估算其工作時的最大損耗，與其它元器件的損耗一起，估算變換器的效率；

（D）：由實驗選擇最終的MOSFET器件。

12、理想開關(guān)的基本要求

（1）：符號

（2）：要求

（A）：穩(wěn)態(tài)要求：

合上K后

--開關(guān)兩端的電壓為零；

--開關(guān)中的電流有外部電路決定；

--開關(guān)電流的方向可正可負；

--開關(guān)電流的容量無限。

斷開K后

--開關(guān)兩端承受的電壓可正可負；

--開關(guān)中的電流為零；

--開關(guān)兩端的電壓有外部電路決定；

--開關(guān)兩端承受的電壓容量無限。

（B）：動態(tài)要求：

K的開通

--控制開通的信號功率為零；

--開通過程的時間為零。

K的關(guān)斷

--控制關(guān)斷的信號功率為零；

--關(guān)斷過程的時間為零。

（3）：波形

其中：H：控制高電平；L：控制低電平

--Ion可正可負，其值有外部電路定；

--Voff可正可負，其值有外部電路定。

13、用電子開關(guān)實現(xiàn)理想開關(guān)的限制

（1）：電子開關(guān)的電壓和電流方向有限制：

（2）：電子開關(guān)的穩(wěn)態(tài)開關(guān)特性有限制：

--導(dǎo)通時有電壓降；（正向壓降，通態(tài)電阻等）

--截止時有漏電流；

--最大的通態(tài)電流有限制；

--最大的阻斷電壓有限制；

--控制信號有功率要求，等等。

（3）：電子開關(guān)的動態(tài)開關(guān)特性有限制：

--開通有一個過程，其長短與控制信號及器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)；

--關(guān)斷有一個過程，其長短與控制信號及器件內(nèi)部結(jié)構(gòu)有關(guān)；

--最高開關(guān)頻率有限制。

目前作為開關(guān)的電子器件非常多。在開關(guān)電源中，用得最多的是二極管、MOSFET、IGBT等，以及它們的組合。

14、電子開關(guān)的四種結(jié)構(gòu)

（1）：單象限開關(guān)

（2）：電流雙向（雙象限）開關(guān)

（3）：電壓雙向（雙象限）開關(guān)

（4）：四單象限開關(guān)

15、開關(guān)器件的分類

（1）：按制作材料分類：

--（Si）功率器件；

--（Ga）功率器件；

--（GaAs）功率器件；

--（SiC）功率器件；

--（GaN）功率器件；---下一代

--（Diamond）功率器件；---再下一代

（2）：按是否可控分類：

--完全不控器件：如二極管器件；

--可控制開通，但不能控制關(guān)斷：如普通可控硅器件；

--全控開關(guān)器件

--電壓型控制器件：如MOSFET，IGBT，IGT/COMFET，SIT等；

--電流型控制期間：如GTR，GTO等

（3）：按工作頻率分類：

--低頻功率器件：如可控硅，普通二極管等；

--中頻功率器件：如GTR，IGBT，IGT/COMFET；

--高頻功率器件：如MOSFET，快恢復(fù)二極管，蕭特基二極管，SIT等

（4）：按額定可實現(xiàn)的最大容量分類：

--小功率器件：如MOSFET

--中功率器件：如IGBT

--大功率器件：如GTO

（5）：按導(dǎo)電載波的粒子分類：

--多子器件：如MOSFET，蕭特基，SIT,JFET等

--少子器件：如IGBT，GTR，GTO，快恢復(fù)，等

16、不同開關(guān)器件的比較

（1）：幾種可關(guān)斷器件的功率處理能力比較

（2）：幾種可關(guān)斷器件的工作特性比較

上面的數(shù)據(jù)會隨器件的發(fā)展而不斷變化，僅供參考。